含天然气水合物土微观力学特性研究进展

摘要

天然气水合物作为一种资源储量大、分布范围广、能量密度高的清洁能源,受到了国内外的广泛关注,竞相研究安全高效、持续可控的开采方法.充分掌握含天然气水合物土的力学特性并厘清其在开采过程中的动态演化规律,是实现天然气水合物资源产业化开发的重要前提.含天然气水合物土的力学响应行为本质上是其内部结构演化的宏观反映,相关的微观力学特性研究对于深化含天然气水合物土力学特性认识具有重要的意义.本文从天然气水合物晶体、天然气水合物与土颗粒界面、含天然气水合物土3个尺度对含天然气水合物土微观力学特性的研究现状进行了总结,系统归纳了天然气水合物的晶体结构类型及天然气水合物的孔隙微观赋存模式;重点介绍了计算机断层扫描、扫描电子显微镜、X射线衍射及原子力显微镜等微观测试技术原理与特点;简述了与计算机断层扫描联用的三轴剪切实验、颗粒流程序模拟及分子动力学模拟在天然气水合物微观力学特性研究方面的最新进展;综合现有研究结果对含天然气水合物土内颗粒界面剪切机理及微观力学理论模型进行了概述分析;最后探讨了含天然气水合物土微观力学研究目前仍存在的不足与挑战,并给出了针对性的建议以期促进含天然气水合物土的力学特性研究发展.